Metamath Proof Explorer


Theorem mapdpglem3

Description: Lemma for mapdpg . Baer p. 45, line 3: "infer ... the existence of a number g in G and of an element z in (Fy)* such that t = gx'-z." (We scope $d g w z ph locally to avoid clashes with later substitutions into ph .) (Contributed by NM, 18-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses mapdpglem.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
mapdpglem.m โŠข ๐‘€ = ( ( mapd โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
mapdpglem.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
mapdpglem.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
mapdpglem.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘ˆ )
mapdpglem.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘ˆ )
mapdpglem.c โŠข ๐ถ = ( ( LCDual โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
mapdpglem.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
mapdpglem.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
mapdpglem.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ )
mapdpglem1.p โŠข โŠ• = ( LSSum โ€˜ ๐ถ )
mapdpglem2.j โŠข ๐ฝ = ( LSpan โ€˜ ๐ถ )
mapdpglem3.f โŠข ๐น = ( Base โ€˜ ๐ถ )
mapdpglem3.te โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) )
mapdpglem3.a โŠข ๐ด = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
mapdpglem3.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
mapdpglem3.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ถ )
mapdpglem3.r โŠข ๐‘… = ( -g โ€˜ ๐ถ )
mapdpglem3.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
mapdpglem3.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) = ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) )
Assertion mapdpglem3 ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mapdpglem.h โŠข ๐ป = ( LHyp โ€˜ ๐พ )
2 mapdpglem.m โŠข ๐‘€ = ( ( mapd โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
3 mapdpglem.u โŠข ๐‘ˆ = ( ( DVecH โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
4 mapdpglem.v โŠข ๐‘‰ = ( Base โ€˜ ๐‘ˆ )
5 mapdpglem.s โŠข โˆ’ = ( -g โ€˜ ๐‘ˆ )
6 mapdpglem.n โŠข ๐‘ = ( LSpan โ€˜ ๐‘ˆ )
7 mapdpglem.c โŠข ๐ถ = ( ( LCDual โ€˜ ๐พ ) โ€˜ ๐‘Š )
8 mapdpglem.k โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ HL โˆง ๐‘Š โˆˆ ๐ป ) )
9 mapdpglem.x โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐‘‰ )
10 mapdpglem.y โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ )
11 mapdpglem1.p โŠข โŠ• = ( LSSum โ€˜ ๐ถ )
12 mapdpglem2.j โŠข ๐ฝ = ( LSpan โ€˜ ๐ถ )
13 mapdpglem3.f โŠข ๐น = ( Base โ€˜ ๐ถ )
14 mapdpglem3.te โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ ( ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) )
15 mapdpglem3.a โŠข ๐ด = ( Scalar โ€˜ ๐‘ˆ )
16 mapdpglem3.b โŠข ๐ต = ( Base โ€˜ ๐ด )
17 mapdpglem3.t โŠข ยท = ( ยท๐‘  โ€˜ ๐ถ )
18 mapdpglem3.r โŠข ๐‘… = ( -g โ€˜ ๐ถ )
19 mapdpglem3.g โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐น )
20 mapdpglem3.e โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) = ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) )
21 20 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘‹ } ) ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) = ( ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) )
22 14 21 eleqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ก โˆˆ ( ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) )
23 r19.41v โŠข ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
24 1 7 8 lcdlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ LMod )
25 eqid โŠข ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) = ( Scalar โ€˜ ๐ถ )
26 eqid โŠข ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) = ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) )
27 25 26 13 17 12 lspsnel โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘” โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) ) )
28 24 19 27 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘” โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) ) )
29 1 3 15 16 7 25 26 8 lcdsbase โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) = ๐ต )
30 29 rexeqdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ( Base โ€˜ ( Scalar โ€˜ ๐ถ ) ) ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โ†” โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) ) )
31 28 30 bitrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โ†” โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) ) )
32 31 anbi1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) ) )
33 23 32 bitr4id โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) ) )
34 33 exbidv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ค ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) ) )
35 df-rex โŠข ( โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) โ†” โˆƒ ๐‘ค ( ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
36 34 35 bitr4di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
37 eqid โŠข ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) = ( LSubSp โ€˜ ๐ถ )
38 37 lsssssubg โŠข ( ๐ถ โˆˆ LMod โ†’ ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) โІ ( SubGrp โ€˜ ๐ถ ) )
39 24 38 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) โІ ( SubGrp โ€˜ ๐ถ ) )
40 13 37 12 lspsncl โŠข ( ( ๐ถ โˆˆ LMod โˆง ๐บ โˆˆ ๐น ) โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) )
41 24 19 40 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) )
42 39 41 sseldd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐ถ ) )
43 eqid โŠข ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) = ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ )
44 1 3 8 dvhlmod โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ LMod )
45 4 43 6 lspsncl โŠข ( ( ๐‘ˆ โˆˆ LMod โˆง ๐‘Œ โˆˆ ๐‘‰ ) โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) )
46 44 10 45 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐‘ˆ ) )
47 1 2 3 43 7 37 8 46 mapdcl2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) โˆˆ ( LSubSp โ€˜ ๐ถ ) )
48 39 47 sseldd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) โˆˆ ( SubGrp โ€˜ ๐ถ ) )
49 18 11 42 48 lsmelvalm โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ( ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
50 36 49 bitr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” ๐‘ก โˆˆ ( ( ๐ฝ โ€˜ { ๐บ } ) โŠ• ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ) ) )
51 22 50 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
52 ovex โŠข ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆˆ V
53 oveq1 โŠข ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โ†’ ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) )
54 53 eqeq2d โŠข ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โ†’ ( ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) โ†” ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) ) )
55 54 rexbidv โŠข ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) โ†” โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) ) )
56 52 55 ceqsexv โŠข ( โˆƒ ๐‘ค ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) )
57 56 rexbii โŠข ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ค ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) )
58 rexcom4 โŠข ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ค ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) โ†” โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
59 57 58 bitr3i โŠข ( โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) โ†” โˆƒ ๐‘ค โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต ( ๐‘ค = ( ๐‘” ยท ๐บ ) โˆง โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ๐‘ค ๐‘… ๐‘ง ) ) )
60 51 59 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐ต โˆƒ ๐‘ง โˆˆ ( ๐‘€ โ€˜ ( ๐‘ โ€˜ { ๐‘Œ } ) ) ๐‘ก = ( ( ๐‘” ยท ๐บ ) ๐‘… ๐‘ง ) )